电力拖动自动控制系统课件汇总
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电力拖动及自动控制原理基本知识及应用知识 ppt课件
图1.1 磁力线与电流之间的右螺旋关系
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18
直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机
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19
第三节：常用低压电器
低压电器简介
配
开关
电
熔断器
低
电
……
压
器
电 器
控 制
接触器 继电器
时间继电器 热继电器
电
起动器 ……
器
……
ppt课件
20
低压电器的分类
生产机械中所用的控制电器多属于低压电器，它 是指在电压在500V以下、用来接通或断开电路，以及 来控制、调节和保护用电设备的电气器具。 电器按动作性质可分为以下两类：
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8
三三相相五四线线制
L1 L2 L3 N P E
M 三相
两相
单相
ppt课件
9
三相四线制
在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，
三条线路分别代表A,B,C三相，另一条是中性线N，亦即 零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我 们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通
自动控制系统的基本组成图
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5
自动控制系统的基本组成部分定义
反馈环节 — 对系统的输出量的实际值进行测量，将它转换成反馈 信号，并使反馈信号成为与给定信号同类型、同数量级的物理量。
比较器 — 将给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。 控制器 — 根据输入的偏差信号，按一定的控制规律产生相应的 控制信号。
过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三
相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制 ；
电力拖动自动控制系统PPT课件
晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的
动态性能。
2021/3/8
42
• V-M系统的问题
– 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
– 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt 与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在 很短的时间内损坏器件。
– 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸 变，殃及附近的用电设备，造成“电力 公害”。
本章提要11直流调速系统用的可控直流电源12晶闸管电动机系统vm系统的主要问题13直流脉宽调速系统的主要问题14反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计16比例积分控制规律和无静差调速系统11直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析调压调速是直流调速系统的主要方法而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源
电力拖动自动控制系统
电气信息学院
2021/3/8
1
绪论
自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容 计算机控制系统的概念
2021/3/8
2
一.自动控制系统的几个概念
1.自动控制 Automatic control 在无人直接参与的情况下，利用控制装
例子：计算机控制系统。 数学模型用差分方程描述
2021/3/8
13
二.自动控制系统的分类
4.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统
5.按系统控制对象和方式分类，又可分为 拖动控制系统（电气控制系统、机械控 制系统）和过程控制系统（石油，化工， 制药等）
2021/3/8
电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt5-交流拖动控制系统
如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上 的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节 约 20~30% 以上的电能，效果是很可观的。
但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求 都不高，只需要一般的调速性能。
电力拖运动控自制动控系制统系统
7
许多在工艺上需要调速的生产机械过去多 用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结 构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、 惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显 然能够带来不少的效益。
在同步电机的变压变频调速方法中，从频
率控制的方式来看，可分为他控变频调速 和自控变频调速两类。
电力拖运动控自制动控系制统系统
20
自控变频调速 利用转子磁极位置的检测信 号来控制变压变频装置换相，类似于直流电 机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作 无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。
开关磁阻电机 是一种特殊型式的同步电机， 有其独特的比较简单的调速方法，在小容量 交流电机调速系统中很有发展前途。
n
n0
恒转矩负载特性
A
B
0.5UsN C
UsN
0.7UsN
O
TL
Te
图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
在不同电压下的机械特性
电力拖运动控自制动控系制统系统
39
5.3 闭环控制的变压调速系统及其 静特性
采用普通异步电机的变电压调速时，调速范 围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增 大调速范围，但机械特性又变软，因而当负 载变化时静差率很大，开环控制很难解决这 个矛盾。
2%——交流可调速传动
电力拖运动控自制动控系制统系统
3
直流电机的不足
具有电刷和换向器，必须经常检查 维修。
换向火花使其应用环境受到限制。 换向能力限制电机的容量和速度 （极限容量转速约为106 kW r / min ）。
但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求 都不高，只需要一般的调速性能。
电力拖运动控自制动控系制统系统
7
许多在工艺上需要调速的生产机械过去多 用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结 构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、 惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显 然能够带来不少的效益。
在同步电机的变压变频调速方法中，从频
率控制的方式来看，可分为他控变频调速 和自控变频调速两类。
电力拖运动控自制动控系制统系统
20
自控变频调速 利用转子磁极位置的检测信 号来控制变压变频装置换相，类似于直流电 机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作 无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。
开关磁阻电机 是一种特殊型式的同步电机， 有其独特的比较简单的调速方法，在小容量 交流电机调速系统中很有发展前途。
n
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恒转矩负载特性
A
B
0.5UsN C
UsN
0.7UsN
O
TL
Te
图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
在不同电压下的机械特性
电力拖运动控自制动控系制统系统
39
5.3 闭环控制的变压调速系统及其 静特性
采用普通异步电机的变电压调速时，调速范 围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增 大调速范围，但机械特性又变软，因而当负 载变化时静差率很大，开环控制很难解决这 个矛盾。
2%——交流可调速传动
电力拖运动控自制动控系制统系统
3
直流电机的不足
具有电刷和换向器，必须经常检查 维修。
换向火花使其应用环境受到限制。 换向能力限制电机的容量和速度 （极限容量转速约为106 kW r / min ）。
电力拖动ppt课件
电力拖动ppt课件
目 录
• 电力拖动概述 • 电力拖动系统的电动机 • 电力拖动系统的控制电路 • 电力拖动系统的应用实例 • 电力拖动系统的维护与故障排除
01
电力拖动概述
定义与原理
定义
电力拖动是指利用电动机作为原 动机来拖动生产机械的工作机构 使之运转的一种方法。
原理
利用电动机产生的转矩和转速， 通过传动机构来驱动生产机械的 工作机构运转。
电力拖动系统能够精确控制生产线的速度、位置和运动轨迹，提高生产效率和产品 质量。
工业自动化生产线通常需要高可靠性和高稳定性的电力拖动系统，以确保生产线的 正常运行和生产安全。
电梯控制系统
电梯是电力拖动系统在垂直运 输领域的典型应用，通过电机 驱动曳引绳或链条实现升降运 动。
电力拖动系统能够精确控制电 梯的速度和位置，提供安全、 舒适、高效的运输服务。
按控制方式分类
手动控制、半自动控制和自动控制等 。
机械传动、液压传动和气压传动等。
02
电力拖动系统的电动机
电动机的种类与特点
直流电动机
具有良好的调速性能， 适用于需要平滑调速的 场合。但结构复杂，维
护成本高。
交流电动机
结构简单，维护方便， 但调速性能较差。常见 的有异步电动机和同步
电动机。
伺服电动机
应确保所选电动机符合安全标准，并具有 必要的安全保护功能。
03
电力拖动系统的控制电 路
控制电路的组成与原理
组成
控制电路主要由控制电器、保护电器和测量仪表组成，用于实现对电动机的启 动、调速、制动和反向等控制操作。
原理
通过控制电路中的电器元件，实现对电动机的电源通断、调速和转向的控制， 从而达到生产工艺的要求。
目 录
• 电力拖动概述 • 电力拖动系统的电动机 • 电力拖动系统的控制电路 • 电力拖动系统的应用实例 • 电力拖动系统的维护与故障排除
01
电力拖动概述
定义与原理
定义
电力拖动是指利用电动机作为原 动机来拖动生产机械的工作机构 使之运转的一种方法。
原理
利用电动机产生的转矩和转速， 通过传动机构来驱动生产机械的 工作机构运转。
电力拖动系统能够精确控制生产线的速度、位置和运动轨迹，提高生产效率和产品 质量。
工业自动化生产线通常需要高可靠性和高稳定性的电力拖动系统，以确保生产线的 正常运行和生产安全。
电梯控制系统
电梯是电力拖动系统在垂直运 输领域的典型应用，通过电机 驱动曳引绳或链条实现升降运 动。
电力拖动系统能够精确控制电 梯的速度和位置，提供安全、 舒适、高效的运输服务。
按控制方式分类
手动控制、半自动控制和自动控制等 。
机械传动、液压传动和气压传动等。
02
电力拖动系统的电动机
电动机的种类与特点
直流电动机
具有良好的调速性能， 适用于需要平滑调速的 场合。但结构复杂，维
护成本高。
交流电动机
结构简单，维护方便， 但调速性能较差。常见 的有异步电动机和同步
电动机。
伺服电动机
应确保所选电动机符合安全标准，并具有 必要的安全保护功能。
03
电力拖动系统的控制电 路
控制电路的组成与原理
组成
控制电路主要由控制电器、保护电器和测量仪表组成，用于实现对电动机的启 动、调速、制动和反向等控制操作。
原理
通过控制电路中的电器元件，实现对电动机的电源通断、调速和转向的控制， 从而达到生产工艺的要求。
电力拖动基础ppt课件
四、例：他励直流电动机调压调速的物理过程
U a Ea I a Ra Ea ken
kTIa
负载转矩 Tl 恒定
原状态：
Ua1, n1, Ea1, Ia ,T
新状态：
Ua2 , n2 , Ea2 , Ia ,T
1.2 电力拖动系统的机械特性
1.2.1 机械特性
1. 机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即 n f (T )
nn10
U aN
n2
U1
n3
U2
n4
U3 T
0
Tl
3.电枢回路串电阻起动
1C
2C Ia
R j1
Rj2
Ra
Ua
Ea
3C
n
n
nn01
A
n2
n3
1 Ra
n1 n2
2
Ra R j1
n3
3
Ra R j1 R j2
Tl
T
0
Il I2 a)
I1
Ia
0
Il I2
I1 Ia
0
t1
t2 t3
t
b)
t1
t2
t3
t
60
J m 2 G ( D )2 GD 2 ( kgm2 )
g 2 4g
式中：G——重量（N）；g——重力加速度，g = 9.81m/s2 ；
D——惯性直径（m）； ——惯性半径（m）
J
d
dt
的实用形式为
T
T
GD 2 375
dn dt
GD 2 4gJ 称为飞轮矩 (N m2 ) 375具有加速度量纲
恒转矩调速
nN
n
恒功率调速
电力拖动自动控制系统PPT课件
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
2021/1/21
7
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
2021/1/21
9
6.2 异步电动机的三相数学模型
• 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
2021/1/21
24
电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
ia R r
d a dt
ub
ib R r
d b dt
uc
ic R r
d c dt
2021/1/21
21
电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
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6.2 异步电动机的三相数学模型
• 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
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电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
ia R r
d a dt
ub
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d b dt
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ic R r
d c dt
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电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
电力拖动自动控制系统系统课程总结ppt文档
负，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，
并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4 流通，电动机M两端电压UAB = +Us ； 第2阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为 正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使 VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流 通，电动机M两端电压UAB = – Us ；
在简单的不可逆电路中电流不能反向， 因而没有制动能力，只能作单象限运行。 需要制动时，必须为反向电流提供通路， 如图1-6所示的双管交替开关电路。当VT1
导通时，流过正向电流 + id ，VT2 导通时， 流过 – id 。应注意，这个电路还是不可
逆的，只能工作在第一、二象限， 因为 平均电压 Ud 并没有改变极性。
H形主电路结构
VT1 Ug1
VT2 Ug2
+Us
4
2
VD1
VD3
ALeabharlann +-M
B
VD2
VD4
31
VT3 Ug3
VT4 Ug4
图1-7 桥式可逆PWM变换器
双极式控制方式
（1）正向运行：
第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4为正，
VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截 止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压 UAB = +Us ；
电力拖动自动控制系统系统课程总结
二、直流调速系统
单闭环直流调速系统
１晶闸管-电动机系统（V-M系统） 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又 称静止的Ward-Leonard系统），VT是晶闸 管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制 电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整 流电压Ud ，从而实现平滑调速。
并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4 流通，电动机M两端电压UAB = +Us ； 第2阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为 正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使 VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流 通，电动机M两端电压UAB = – Us ；
在简单的不可逆电路中电流不能反向， 因而没有制动能力，只能作单象限运行。 需要制动时，必须为反向电流提供通路， 如图1-6所示的双管交替开关电路。当VT1
导通时，流过正向电流 + id ，VT2 导通时， 流过 – id 。应注意，这个电路还是不可
逆的，只能工作在第一、二象限， 因为 平均电压 Ud 并没有改变极性。
H形主电路结构
VT1 Ug1
VT2 Ug2
+Us
4
2
VD1
VD3
ALeabharlann +-M
B
VD2
VD4
31
VT3 Ug3
VT4 Ug4
图1-7 桥式可逆PWM变换器
双极式控制方式
（1）正向运行：
第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4为正，
VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截 止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压 UAB = +Us ；
电力拖动自动控制系统系统课程总结
二、直流调速系统
单闭环直流调速系统
１晶闸管-电动机系统（V-M系统） 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又 称静止的Ward-Leonard系统），VT是晶闸 管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制 电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整 流电压Ud ，从而实现平滑调速。
《电力拖动自动控制》课件
传感器
选择合适的传感器，如光电编码器、 压力传感器等，用于检测设备的状态 和参数。
电源和安全保护装置
为控制系统提供稳定的电源，并配备 必要的安全保护装置，如过载保护、 短路保护等。
控制系统的软件实现
编程语言
算法设计
选择适合的编程语言，如C、C、PLC编程 语言等，用于编写控制系统的软件程序。
根据控制需求设计合适的算法，如PID控制 算法、模糊控制算法等，用于实现设备的 精确控制。
控制系统的分类
根据控制方式的不同，控 制系统可以分为开环控制 系统和闭环控制系统。
控制系统的设计方法
解析法
通过数学模型对系统进行分析，设计控制算法，以达到预期的控 制效果。
实验法
通过实验测试和调整控制参数，以达到预期的控制效果。
现代控制理论设计法
基于状态空间模型，采用最优控制、鲁棒控制等方法进行控制系统 设计。
控制系统的性能指标
稳定性
控制系统在受到扰动后能够恢复到稳定状态 的性能指标。
准确性
控制系统输出与预期目标之间的误差大小。
快速性
控制系统能够快速响应输入变化的能力。
抗干扰性
控制系统对外部干扰的抑制能力。
控制系统的稳定性分析
稳定性判据
根据系统特征根的位置来判断系统的 稳定性，特征根位于左半平面表示稳 定，位于右半平面表示不稳定。
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
电力拖动自动控制的未 来展望
新技术发展对电力拖动自动控制的影响
人工智能技术
AI算法在电力拖动自动控 制中的应用，如预测性维 护、故障诊断和优化控制 策略。
物联网技术
《电力拖动自动控制》课件
二、电力拖动原理
1 电力拖动的基本原理解释电力拖动的基本工作来自理，包括电动机和传动装置的作用。
2 电机的参数和性能指标
介绍电机的关键参数，如功率、效率和转速，并解释这些指标在电力拖动中的意义。
三、电力拖动控制方法
1
开环控制和闭环控制
比较开环控制和闭环控制的优缺点，讨论何时使用哪种控制方法。
2
速度控制和位置控制
《电力拖动自动控制》 PPT课件
欢迎大家参加《电力拖动自动控制》课程，本课程将介绍电力拖动的背景、 原理、控制方法、应用案例和未来发展趋势。
一、背景
电力拖动的概念和应用领域
介绍电力拖动的定义和广泛应用的领域，如工 业生产和交通运输。
电力拖动自动控制的需求和意义
讨论为什么自动控制对电力拖动系统至关重要， 以及自动控制的优势和好处。
2 电力拖动技术的发展前景
回顾电力拖动技术的发展历程，并展望其未 来在工业领域的发展前景。
详细说明速度控制和位置控制的原理和实现方法，以及它们在不同应用中的应用。
3
电力拖动的其他控制方法
介绍其他常用的电力拖动控制方法，如扭矩控制和力矩控制。
四、控制器的设计和实现
控制器的功能和结构
探讨控制器的基本功能和结构，包括输入输出接口 和信号处理。
控制器的算法和调试
介绍控制器的算法设计和调试方法，确保系统稳定 和可靠。
五、电力拖动系统的应用案例
1 电梯控制系统
解释电梯控制系统如何应 用电力拖动和自动控制， 提高安全性和效率。
2 机床加工中心
讨论机床加工中心如何使 用电力拖动实现高精度和 高效率的自动化加工。
3 输送机及自动化生产
线
探讨输送机和自动化生产 线如何利用电力拖动提高 物料输送和生产效率。
电力拖动自动控制系统课件(精)
电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
O
TL
调磁调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统 来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改 变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑 调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方 案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围 的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压 调速为主。
电力拖动自动控制系统的发展
21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电 力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和 逆变技术智能化。 电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控 制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统 的高效节能和优化控制。 电力拖动和自动控制技术的发展密切相关， 控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控 制的电源，是弱电控制强电的媒介。
课程主要内容 第1篇 直流拖动系统和随动系统
第一章 闭环控制的直流调速系统 第二章 多环控制的直流调速系统
第三章 可逆调速系统
第四章 直流脉宽调速系统 第五章 位置随动系统
第2篇
交流调速系统
第六章 交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统
电力拖动自动控制系统第一章课件
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。
n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
O
TL
调压调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（额定转 速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。
1.1.1 旋转变流机组
图1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M系统）原理图
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步 电动机）拖动直流发电机 G 实现变流， 由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电， 调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电 压 U，从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
PWM系统的优点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通
损耗小，当开关频率适当时，开关损
耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率
因数比相控整流器高。
小
结
三种可控直流电源，V-M系统在20 世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要 用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术， 发展迅速，应用日益广泛，特别在中、 小容量的系统中，已取代V-M系统成为 主要的直流调速方式。
•V-M系统主电路的输出
ud
ua ub uc ud Ud E
n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
O
TL
调压调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（额定转 速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。
1.1.1 旋转变流机组
图1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M系统）原理图
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步 电动机）拖动直流发电机 G 实现变流， 由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电， 调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电 压 U，从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
PWM系统的优点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通
损耗小，当开关频率适当时，开关损
耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率
因数比相控整流器高。
小
结
三种可控直流电源，V-M系统在20 世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要 用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术， 发展迅速，应用日益广泛，特别在中、 小容量的系统中，已取代V-M系统成为 主要的直流调速方式。
•V-M系统主电路的输出
ud
ua ub uc ud Ud E
《电力拖动与控制》课件
在家用电器中的应用
空调和冰箱
在家用空调和冰箱中，电力拖动控制系统用于驱动压缩机 的运行，实现制冷和制热功能，同时保证设备的节能和高 效运行。
洗衣机和烘干机
在洗衣机和烘干机中，电力拖动控制系统用于驱动电机和 传送带，实现衣物的洗涤和烘干功能，同时保证设备的安 全和稳定运行。
厨房电器
在厨房电器中，电力拖动控制系统用于驱动电饭煲、电磁 炉等设备的加热元件，实现烹饪功能，同时保证设备的安 全和高效运行。
要点二
详细描述
按照电动机类型分类，电力动系统可以分为直流电力拖 动系统和交流电力拖动系统两大类。按照使用场合分类， 电力拖动系统可以分为工业用电力拖动系统和民用电力拖 动系统两类。按照运动形式分类，电力拖动系统可以分为 直线运动电力拖动系统和旋转运动电力拖动系统两类。此 外，还可以按照电力拖动系统的规模和复杂程度等进行分 类。
在交通运输中的应用
城市轨道交通
在城市轨道交通系统中，电力拖动控制系统用于驱动列车和各种 辅助设备，实现列车的高效、安全运行。
电动汽车
在电动汽车中，电力拖动控制系统用于驱动车辆行驶和各种辅助设 备，实现车辆的节能、环保和高效运行。
航空电子
在航空领域，电力拖动控制系统用于驱动飞行器的起落架、襟翼等 机构，实现飞行器的安全、稳定和高效运行。
在工业自动化中的应用
自动化生产线控制
物流自动化
电力拖动控制系统在自动化生产线中 发挥着关键作用，通过电机驱动和控 制，实现生产线的自动化运行，提高 生产效率和产品质量。
在物流自动化系统中，电力拖动控制 系统用于自动化输送设备和仓储设备 的驱动和控制，实现高效、准确的物 流作业。
机器人技术应用
在工业机器人中，电力拖动控制系统 用于驱动机器人的关节和执行机构， 实现机器人的各种复杂动作和精确控 制。
第6章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
差功率、减小输出功率来换取转速的降低。
增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，
这就是转差功率消耗型的由来。
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。
缺点是机械特性
较软。
图6-6 高转子电阻电动机（交流力矩 电动机）在不同电压下的机械特性
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
要求带恒转 矩负载的调 压系统具有 较大的调速 范围时，往 往须采用带 转速反馈的 闭环控制系 统。
图6-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
当系统带负载稳定时，如果负载增大或减 小，引起转速下降或上升，反馈控制作用 会自动调整定子电压，使闭环系统工作在 新的稳定工作点。
由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制， 定子电压只能降低，不能升高，故又 称作降压调速。
异步电动机调压调速
调压调速的基本特征：电动机同步转速保 持额定值不变
n1
n1N
60 f1N np
气隙磁通
Φm
Us 4.44 f1NskNS
随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
6.2.1 异步电动机调压调速 主电路
12
Lls
L'lr
2
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3n p
电力拖动自动控制系统课件
性度等特点。
场效应管
具有高速开关特性和低 噪声性能，常用于开关
电源和逆变器。
IGBT
大功率电子器件，广泛 应用于电机控制和电网
调节。
运算放大器
用于信号处理和运算， 具有高精度和低噪声特
性。
控制电路与保护电路
控制电路
用于实现各种控制逻辑和算法，如速度、位置和电流控制等。
保护电路
用于检测系统异常并采取相应措施，如过流、过压和欠压保护等。
电力拖动自动控制系统应用
工业自动化生产线控制
自动化生产线是电力拖动自动控制系统的重要应用领域之一 。通过使用电力拖动自动控制系统，可以实现生产线的自动 化控制，提高生产效率，降低人工成本。
电力拖动自动控制系统能够精确控制生产线上各个设备的运 行状态，确保生产过程的稳定性和可靠性，减少设备故障和 生产事故的发生。
Байду номын сангаас
工作原理与控制方式
工作原理
电力拖动自动控制系统通过控制器对电动机进行控制，实现 机械设备的运动。控制器根据传感器反馈的信息，对电动机 的输入电压或电流进行调整，以实现对机械设备运动的精确 控制。
控制方式
常见的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制等。开 环控制方式简单，但精度较低；闭环控制方式精度较高，但 需要反馈传感器；复合控制方式结合了开环和闭环的优点， 具有更高的控制精度和稳定性。
05
电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
新型电机与电力电子器件的发展
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优秀的动 态性能，是现代电力拖动系统的重要 发展方向。
开关磁阻电机
电力电子器件
随着宽禁带半导体材料的发展，电力 电子器件的性能得到大幅提升，为电 力拖动系统的优化提供了更多可能性 。
场效应管
具有高速开关特性和低 噪声性能，常用于开关
电源和逆变器。
IGBT
大功率电子器件，广泛 应用于电机控制和电网
调节。
运算放大器
用于信号处理和运算， 具有高精度和低噪声特
性。
控制电路与保护电路
控制电路
用于实现各种控制逻辑和算法，如速度、位置和电流控制等。
保护电路
用于检测系统异常并采取相应措施，如过流、过压和欠压保护等。
电力拖动自动控制系统应用
工业自动化生产线控制
自动化生产线是电力拖动自动控制系统的重要应用领域之一 。通过使用电力拖动自动控制系统，可以实现生产线的自动 化控制，提高生产效率，降低人工成本。
电力拖动自动控制系统能够精确控制生产线上各个设备的运 行状态，确保生产过程的稳定性和可靠性，减少设备故障和 生产事故的发生。
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工作原理与控制方式
工作原理
电力拖动自动控制系统通过控制器对电动机进行控制，实现 机械设备的运动。控制器根据传感器反馈的信息，对电动机 的输入电压或电流进行调整，以实现对机械设备运动的精确 控制。
控制方式
常见的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制等。开 环控制方式简单，但精度较低；闭环控制方式精度较高，但 需要反馈传感器；复合控制方式结合了开环和闭环的优点， 具有更高的控制精度和稳定性。
05
电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
新型电机与电力电子器件的发展
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优秀的动 态性能，是现代电力拖动系统的重要 发展方向。
开关磁阻电机
电力电子器件
随着宽禁带半导体材料的发展，电力 电子器件的性能得到大幅提升，为电 力拖动系统的优化提供了更多可能性 。
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电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
电力拖动自动控制系统的发展
电力电子技术的前身是汞整流器和晶闸管变流技术， 1957年晶闸管诞生标志着电力电子技术的问世。 第一代整流器时代：1960-1980，以晶闸管（SCR） 及其相控变流技术为代表。 第二代逆变时代：1980-1990，以大功率晶体管 （CRT）和可关断晶闸管（GTO）等自关断电力电子器件及 其逆变技术为代表。 第三代变频时代：1990后，以复合电力电子器件(主 要有绝缘栅双极晶体管IGBT、金属-氧化物-半导体型场效 应管- MOS场效应管)及其变频技术为代表，器件关断速度 快、工作频率高，使得变频和逆变技术空前发展。
电力拖动在国民经济中的作用
电力拖动自动控制系统由电动机、控制系统 和被拖动机械组成，还包括电源、传动机构等。 其特点是：功率范围大：几毫瓦至几百兆瓦；调 速范围宽：几转至几十万转每分；适用范围广： 几乎任何环境和任何负载。 电气传动在国民经济起着重要作用，广泛用 于冶金、轻工、矿山、石化、航空航天等行业， 以及日常生活中，用电量占我国总发电量的60%以 上，产品以每年15%的速度递增,市场前景广阔。
交流电机具有结构简单、可靠、价格低等 优点，不调速的地方几乎都采用交流电机。交 流电机发展缓慢的原因是改变其电源频率和转 矩控制非常困难，不能满足生产要求。 随着电力电子技术的飞速发展，由全控型 高频率开关器件组成的脉宽调制逆变器（PWM） 取代了晶闸管方波型逆变器，更有正弦波脉宽 调制逆变器（SPWM）增强了变频器的功能和应 用范围。交流电机控制技术又使其转矩能有效 控制，转速响应速度大大提高。
电力拖动自动控制系统的发展
但是，直流电机有一个致命弱点，电刷和 换向器不但使其生产、运行成本高，而且严重 影响其使用寿命和可靠性、换向器电流不能过 大限制了直流电机的容量，也制约了直流拖动 系统的进一步发展，近年来直流调速系统发展 明显落后交流调速系统，直流调速系统最终将 被交流调速系统取代。
电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动在国民经济中的作用
电力拖动又称电气传动，即以电动机作为
原动机驱动生产机械。
电力拖动控制系统简称电力拖动系统，是 将电能转换为机械能的系统总称，完成生产机 械的起动、停止、正反转、调速等任务，使被 拖动机械按预定方式运行，满足生产工艺的要
求。国际电工委员会将“电力拖动”归入“运
动控制”范畴。
电力拖动自动控制系统
—运动控制系统
绪 论
教材
1，《电力拖动自动控制系统-运动控制系
统》第二版 陈伯时 机械工业出版社
2,《电力拖动自动控制系统-运动控制系 统》第三版 陈伯时 机械工业出版社 3，《电力拖动自动控制系统-运动控制 系统》课件 汤浩天 机械工业出版社
4，《电力拖动自动控制系统习题例题 集》童福尧 机械工业出版社
电力拖动自动控制系统的发展
21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电 力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和 逆变技术智能化。 电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控 制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统 的高效节能和优化控制。 电力拖动和自动控制技术的发展密切相关， 控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控 制的电源，是弱电控制强电的媒介。
电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动系统开始是直流拖动系统，直流电 机转速与电压有着简单的直线关系，可通过改变 电源电压等简单手段可方便地实现调速，最初是 有触点控制，通过切换电枢和磁场回路电阻实现 有级调速，后发展为无触点控制实现了无级调速。 特别是1957年晶闸管问世后，控制直流电压在直 流调速中占主导地位，直流电机具有控制简单、 响应速度快、运行稳定、调速范围宽等有点，很 长期占据电力拖动的主流，至今仍有应用。
课程主要内容 第1篇 直流拖动系统和随动系统
第一章 闭环控制的直流调速系统 第二章 多环控制的直流调速系统
第三章 可逆调速系统
第四章 直流脉宽调速系统 第五章 位置随动系统
Байду номын сангаас
第2篇
交流调速系统
第六章 交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统
第七章 异步电机的变压变频调速系统（VVVF系统）— 转差功率不变型调速系统 第八章 绕线转子异步电动机串级调速系统—转差功率 回馈型调速系统
据直流电机转速方程（1-1），可得出3种调速方式
U IR n Ke
式中
(1 - 1)
n— 转速（r/min）； U— 电枢电压（V）； I— 电枢电流（A）； R— 电枢回路总电阻（ ）；
Φ— 励磁磁通（Wb）；
Ke— 由电机结构决定的电动势常数。
直流调速方法
这三种调节电动机的转速的方法分别是： （1）调节电枢供电电压 U；（调压调速） （2）改变电枢回路电阻 R。（调阻调速） （3）减弱励磁磁通 ；（调磁调速）
电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动可分为调速和不调速，按电机种类 又可分为直流拖动和交流拖动，诞生于19世纪， 开始是不调速系统。 随着制造技术越来越复杂，生产工艺要求越 来越高，要求电机具有具体的转速、并能较快地 起动和停止，并能正反转，从而推动调速技术的 发展。用来调速的装置主要是各种电力电子变流 器，它能为电机提供可变的直流或交流电源。
第1篇 直流拖动系统和随动系统
概述 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围 内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领 域中得到了广泛的应用。
直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从
控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，
应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
直流调速方法